(57)【要約】【課題】各超電導コイルの冷却温度をそれぞれの超電導コイルの特徴に適合させて設定することができ、各超電導コイル間の熱的な影響を抑制して、複合超電導コイルで高磁場を効率よく発生させることができる伝導冷却式超電導磁石を提供することを目的とする。【解決手段】通電によってＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４で発生した熱は、伝熱板６ａを熱伝導によって伝わり、冷凍機８ａの冷却ステージ９ａに伝えられる。また、高温超電導コイル５で発生した熱は、伝熱板６ｂを熱伝導によって伝わり、冷凍機８ｂの冷却ステージ９ｂに伝えられる。Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４と高温超電導コイル５は、それぞれ別個の伝熱板６ａ、６ｂを介して、それぞれ別個の冷凍ステージ９ａ、９ｂに連結されているので、それぞれの超電導コイル４、５に適した冷却温度に設定することができる。【選択図】図１
2005129609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を真空に保持可能な容器と、
前記容器内に同心的に所定の空隙をおいて保持された複数の超電導コイルと、
それぞれが有する伝熱端子を前記容器内に配置させた複数の冷凍機と、
前記複数の冷凍機が有する複数の前記伝熱端子と前記複数の超電導コイルとをそれぞれ熱的に接続する複数の伝熱部材と
を具備することを特徴とする伝導冷却式超電導磁石。
【請求項２】
前記所定の空隙に断熱部材が設けられたことを特徴とする請求項１記載の伝導冷却式超電導磁石。
【請求項３】
前記複数の超電導コイルの少なくとも１つが、金属系の超電導線によって構成され、他の前記超電導コイルが、酸化物系の超電導線によって構成されたことを特徴とする請求項１記載の伝導冷却式超電導磁石。
【請求項４】
前記複数の超電導コイルそれぞれに電力供給用の電流リードが接続されていることを特徴とする請求項１記載の伝導冷却式超電導磁石。
【請求項５】
前記複数の超電導コイルが、電気的に直列に接続されたことを特徴とする請求項１記載の伝導冷却式超電導磁石。
【請求項６】
前記複数の超電導コイルの少なくとも２つ以上が、金属系の超電導線によって構成され、前記金属系の超電導線によって構成された２つ以上の超電導コイルが、第１の伝熱部材を介して第１の冷凍機に熱的に接続されたことを特徴とする請求項１記載の伝導冷却式超電導磁石。
【請求項７】
前記複数の超電導コイルの少なくとも２つ以上が、酸化物系の超電導線によって構成され、前記酸化物系の超電導線によって構成された２つ以上の超電導コイルが、第２の伝熱部材を介して第２の冷凍機に熱的に接続されたたことを特徴とする請求項１記載の伝導冷却式超電導磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の超電導コイルを臨界温度以下まで冷却可能な冷凍機を備え、高磁界を発生する伝導冷却式超電導磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属系の超電導線材である例えばＮｂＴｉなどを超電導体として用いる場合には、４Kレベルまで温度を下げる必要がある。また、同じ金属系でも、例えばＮｂ３Ｓｎの線材は、ＮｂＴｉの線材よりも高い温度レベルで超電導体として用いることができる。
【０００３】
しかし、従来のＮｂＴｉおよびＮｂ３Ｓｎの線材をコイルに用いた伝導冷却式超電導磁石では、冷却系の構成の簡素化および発熱特性などから、ＮｂＴｉの線材を用いたコイルとＮｂ３Ｓｎの線材を用いたコイルをほぼ同じ温度に冷却する構成が採られていた。
【０００４】
また、近年、高温超電導線材の開発が進められているが、高温における十分な臨界電流を得ることはできていない。そこで、高温超電導線材においても、例えば１０〜２０Kにまで温度を下げて、通電電流を大きくし、高磁場を発生させる使い方がされている。
【０００５】
ここで、図７に従来の伝導冷却式超電導磁石１００の断面図を示す。この従来の伝導冷却式超電導磁石１００は、最外層にＮｂＴｉの線材を用いたＮｂＴｉ超電導コイル１０１、その内側にＮｂ３Ｓｎの線材を用いたＮｂ３Ｓｎ超電導コイル１０２、最内層に高温超電導の線材を用いた高温超電導コイル１０３、冷凍機１０４、真空容器１０６で主に構成されている。
【０００６】
ＮｂＴｉ超電導コイル１０１、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル１０２、高温超電導コイル１０３は、同一の伝熱板１０７を介して冷凍機１０４の冷却ステージ１０５と連結され、各超電導コイル１０１、１０２、１０３は、熱伝導を利用して冷凍機１０４によって冷却されている。
【０００７】
この従来の伝導冷却式超電導磁石１００では、冷凍機１０４の冷却ステージ１０５における温度レベルは１つであるため、冷却構成という点において単純な構成をとることができた（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１２１２２５号公報（［００１８］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した従来の伝導冷却式超電導磁石１００に用いられるＮｂＴｉ超電導コイル１０１、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル１０２、高温超電導コイル１０３の発熱特性は、それぞれの超電導コイルで異なる。また、ＮｂＴｉ超電導コイル１０１、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル１０２、高温超電導コイル１０３が、同一の伝熱板１０７を介して冷凍機１０４の冷却ステージ１０５で冷却されているため、次に示すような問題があった。
【０００９】
ＮｂＴｉ超電導コイル１０１は、励磁、消磁時の磁場変化による交流損失は少ないが、他のコイルに比較して臨界温度が低いため、冷凍機１０４は４Ｋレベルのものが必要となる。一方、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル１０２は、比較的臨界温度は高いが、交流損失は大きい。そのため、励磁中に発生した熱が伝熱板１０７を伝導し、ＮｂＴｉ超電導コイル１０１の温度を上昇させる問題という問題があった。また、高温超電導コイル１０３の臨界温度は４Ｋよりも高いが、高磁場の場合には、フロー損失が無視できなくなる。そのため、磁場を保持した状態でも直流損失が存在し、それによって発生した熱が伝熱板１０７を伝導し、他の超電導コイルの温度を上昇させるという問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、各超電導コイルの冷却温度をそれぞれの超電導コイルの特徴に適合させて設定することができ、各超電導コイル間の熱的な影響を抑制して、複合超電導コイルで高磁場を効率よく発生させることができる伝導冷却式超電導磁石を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の伝導冷却式超電導磁石は、内部を真空に保持可能な容器と、前記容器内に同心的に所定の空隙をおいて保持された複数の超電導コイルと、それぞれが有する伝熱端子を前記容器内に配置させた複数の冷凍機と、前記複数の冷凍機が有する複数の前記伝熱端子と前記複数の超電導コイルとをそれぞれ熱的に接続する複数の伝熱部材とを具備することを特徴とする。
【００１２】
この伝導冷却式超電導磁石によれば、各超電導コイルは、それぞれ別個の伝熱部材を介して、それぞれ別個の冷凍機の伝熱端子に熱的に接続されているので、それぞれの超電導コイルに適した冷却温度に設定することができる。
【００１３】
また、例えば、先の例のように複数の超電導コイルの少なくとも１つが、金属系の超電導線によって構成され、他の超電導コイルが、酸化物系の超電導線によって構成することも可能となる。これによって、金属系の超電導コイルと酸化物系の超電導コイルとをそれぞれ異なる冷却温度に設定することができる複合型の超電導コイルを構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の伝導冷却式超電導磁石によれば、各超電導コイルの冷却温度をそれぞれの超電導コイルの特徴に適合させて設定することができ、各超電導コイル間の熱的な影響を抑制して、複合超電導コイルで高磁場を効率よく発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石１の概要を図１を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石１の断面図を示す。
【００１７】
第１の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石１は、外側から順に真空容器２、熱シールド部３、金属系超電導コイルであるＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４、酸化物系超電導コイルである高温超電導コイル５、各超電導コイルに接続される伝熱板６ａ、６ｂ、断熱部材７、冷凍機８ａ、８ｂで主に構成されている。
【００１８】
真空容器２は、熱シールド部３、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４、高温超電導コイル５を収容し、真空容器２の外部との熱移動を抑制するため、その内部を真空状態にしている。これによって、各超電導コイル４、５と真空容器２との間を断熱状態に保持することができる。
【００１９】
熱シールド部３は、熱放射によって真空容器２からＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４、高温超電導コイル５に熱が伝わるのを防止するために、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４、高温超電導コイル５を覆うように設けられている。熱シールド部３は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導率の大きい部材で構成されている。また、熱シールド部３は、機械的強度を増すために、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導率の大きい部材に、ステンレス鋼、ＦＲＰなどの剛性部材が裏打ちされた複合材料で構成されてもよい。この場合、熱シールド部３は、熱伝導率の大きい部材側が、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４、高温超電導コイル５の対向面となるように設置されている。また、熱シールド部３は、冷凍機８ａ、８ｂによって冷却されている。
【００２０】
Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４では、コイルの線材に金属系のＮｂ３Ｓｎが用いられている。なお、コイルに用いられる線材は、Ｎｂ３Ｓｎに限られるものではなく、他の金属系の超電導線材が用いられてもよい。
【００２１】
高温超電導コイル５では、コイルの線材に酸化物系の高温超電導線材が用いられており、高温超電導線材として、例えば、ビスマス系（例えば、Ｂｉ２２２３など）材料などが用いられる。また、高温超電導コイル５は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４と同心的に配置され、さらに、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４の外周に、所定の空隙部１０を設けて設置されている。
【００２２】
伝熱板６ａ、６ｂは、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導率の大きい部材で構成されている。伝熱板６ａの一方の端は、冷凍機８ａの伝熱端子として機能する冷却ステージ９ａと接続され、伝熱板６ａの他方の端はＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４と接続されている。また、伝熱板６ｂの一方の端は、冷凍機８ｂの伝熱端子として機能する冷却ステージ９ｂと接続され、伝熱板６ｂの他方の端は高温超電導コイル５と接続されている。
【００２３】
また、空隙部１０の伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間には、断熱部材７がそれぞれに接続するように設けられている。断熱部材７は、電気絶縁材としての性質を有するもので構成され、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などが用いられる。この場合、断熱部材７は、伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間に沿って、連続的に設けられても、断続的に設けられてもよい。これによって、伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間の断熱を保持できる他、空隙部１０を寸法均一に設定しやすくなる。
【００２４】
また、断熱部材７は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４と高温超電導コイル５との間の空隙部１０に設けることもできる。この場合、断熱部材７は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４と高温超電導コイル５との間の空隙部１０に沿って、連続的に設けられても、断続的に設けられてもよい。
【００２５】
なお、空隙部１０の伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間には、断熱部材７が設けられることが好ましいが、伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間に断熱部材７を設けずに、空隙部１０のみで伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間の断熱を図ってもよい。
【００２６】
次に、第１の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石１における冷却動作について説明する。
ここでは、高温超電導コイル５は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４の内側に所定の空隙部１０を設けて同心的に配置され、それぞれに通電することで高磁場を発生させている。
【００２７】
通電によってＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４で発生した熱は、伝熱板６ａを熱伝導によって伝わり、冷凍機８ａの冷却ステージ９ａに伝えられる。この熱移動によって、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４が冷却される。また、高温超電導コイル５で発生した熱は、伝熱板６ｂを熱伝導によって伝わり、冷凍機８ｂの冷却ステージ９ｂに伝えられる。この熱移動によって、高温超電導コイル５が冷却される。
【００２８】
ここでは、空隙部１０の伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間に断熱部材７が設けられているので、伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間の熱移動は抑制される。
【００２９】
第１の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石１によれば、金属系超電導コイルであるＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４と酸化物系超電導コイルである高温超電導コイル５は、それぞれ別個の伝熱板６ａ、６ｂを介して、それぞれ別個の冷凍ステージ９ａ、９ｂに連結されているので、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４と高温超電導コイル５とをそれぞれに適した冷却温度に設定することができる。
【００３０】
また、臨界温度以下の条件において、金属系超電導コイルでは、フロー損失は発生しないのに対して、酸化物系超電導コイルでは、フロー損失は発生し、特に高磁場においてその発生は顕著である。フロー損失の発生が顕著で、超電導コイルにおける発熱量が増加する場合には、酸化物系超電導コイルが臨界温度を超えないように冷却能力を増加させる必要がある。しかし、このような場合でも、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４と高温超電導コイル５は、それぞれ別個の冷却系統で冷却されているため、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４に影響を及ぼすことなく、高温超電導コイル５を冷却することができる。
【００３１】
また、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４と高温超電導コイル５との冷却系統は、断熱部材７を介して接続しているのみで、熱的に接続する部分は存在しないので、それぞれの冷却系統間における熱移動はほとんどない。
【００３２】
さらに、交流損失が大きい超電導コイルと、直流損失が大きい超電導コイルとを組み合わせた伝導冷却式超電導磁石では、それぞれの超電導コイルの冷却系統を独立に設けることで、それぞれの超電導コイルに適した冷却を行うことができる。それによって、励磁速度、通電電流、発生磁場の最大化を図ることができる。ここで、冷却系統とは、超電導コイル、伝熱板、冷凍機間の熱移動を伴う一連の系統をいう。
【００３３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石２０の概要を図２を参照して説明する。なお、以下に示す各実施の形態において、共通する構成には同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００３４】
図２は、第２の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石２０の断面図を示す。
第２の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石２０は、真空容器２、熱シールド部３、金属系超電導コイルであるＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４、酸化物系超電導コイルである高温超電導コイル５、金属系超電導コイルであるＮｂＴｉ超電導コイル２１、伝熱板６ａ、６ｂ、断熱部材７、冷凍機８ａ、８ｂで主に構成されている。
【００３５】
ＮｂＴｉ超電導コイル２１では、コイルの線材に金属系のＮｂＴｉが用いられている。なお、コイルに用いられる線材は、ＮｂＴｉに限られるものではなく、他の金属系の超電導線材が用いられてもよい。
【００３６】
第２の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石２０では、同心的に内側から外側に向かって、高温超電導コイル５、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４、ＮｂＴｉ超電導コイル２１が、この順に配置されている。また、高温超電導コイル５とＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４との間、および、ＮｂＴｉ超電導コイル２１とＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４との間には、それぞれ空隙部１０が設けられている。
【００３７】
高温超電導コイル５は、伝熱板６ａを介して冷凍ステージ９ａに連結されている。一方、ＮｂＴｉ超電導コイル２１とＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４は、伝熱板６ｂを介して冷凍ステージ９ｂに連結されている。ここで、図２に示すように、高温超電導コイル５の冷却系統と、ＮｂＴｉ超電導コイル２１およびＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４の冷却系統とは、互いに熱的影響を受けないようにそれぞれ独立して設けられている。
【００３８】
また、伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間の空隙部１０には、断熱部材７がそれぞれに接続するように設けられている。この断熱部材を設けることによって、伝熱板６ａと伝熱板との間の断熱を維持できる他、空隙部１０を均一寸法に設定しやすくなる。ここで、伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間の空隙部１０に断熱部材７を設けずに、空隙部１０のみで伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間の断熱を図ってもよい。
【００３９】
次に、第２の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石２０における冷却動作について説明する。
ここでは、同心的に外側に向かって、高温超電導コイル５、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４、ＮｂＴｉ超電導コイル２１の順に各超電導コイルが配置され、それぞれに通電することで高磁場を発生させている。
【００４０】
通電によって高温超電導コイル５で発生した熱は、伝熱板６ａを熱伝導によって伝わり、冷凍機８ａの冷却ステージ９ａに伝えられる。この熱移動によって、高温超電導コイル５が冷却される。また、ＮｂＴｉ超電導コイル２１、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４で発生した熱は、伝熱板６ｂを熱伝導によって伝わり、冷凍機８ｂの冷却ステージ９ｂに伝えられる。この熱移動によって、ＮｂＴｉ超電導コイル２１、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４が冷却される。
【００４１】
ここでは、伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間の空隙部１０に断熱部材７が設けられているので、伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間の熱移動は抑制される。
【００４２】
第２の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石２０によれば、金属系超電導コイルであるＮｂＴｉ超電導コイル２１およびＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４と、酸化物系超電導コイルである高温超電導コイル５とは、それぞれ別個の伝熱板６ａ、６ｂを介して、それぞれ別個の冷凍ステージ９ａ、９ｂに連結されているので、それぞれ異なる冷却温度に設定することができる。例えば、ＮｂＴｉ超電導コイル２１およびＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４の金属系超電導コイルを４Ｋレベルの温度に冷却し、高温超電導コイル５をその温度よりも高い温度（例えば、１０〜２０Ｋ）に冷却することができる。
【００４３】
利用する超電導コイルの臨界温度や、交流損失、フロー損失における発熱特性が比較的近い場合は、このように冷却系統を共有化して構成を単純にすることができる。ここで、発熱特性が比較的近い場合とは、交流損失特性、フロー損失特性による発熱量レベルが同レベルにある場合である。
【００４４】
また、高温超電導コイル５における低温、高磁場で顕著に発生するフロー損失による発熱の影響が、他の金属系の超電導コイル４、２１に及ぶことなく、別個に高温超電導コイル５の温度を設定することができ、高温超電導コイル５を効率よく作動させることができる。
【００４５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石３０の概要を図３を参照して説明する。
【００４６】
図３は、第３の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石３０の断面図を示す。
第３の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石３０は、真空容器２、熱シールド部３、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４、高温超電導コイル５、ＮｂＴｉ超電導コイル２１、伝熱板６ａ、６ｂ、６ｃ、断熱部材７、冷凍機８ａ、８ｂ、８ｃで主に構成されている。
【００４７】
この伝導冷却式超電導磁石３０では、同心的に内側から外側に向かって、高温超電導コイル５、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４、ＮｂＴｉ超電導コイル２１が、この順に配置されている。また、高温超電導コイル５とＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４との間、および、ＮｂＴｉ超電導コイル２１とＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４との間には、それぞれ空隙部１０が設けられている。
【００４８】
高温超電導コイル５は、伝熱板６ａを介して冷凍ステージ９ａに連結されている。ＮｂＴｉ超電導コイル２１は、伝熱板６ｂを介して冷凍ステージ９ｂに連結されている。Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４は、伝熱板６ｃを介して冷凍ステージ９ｃに連結されている。ここで、図３に示すように、高温超電導コイル５の冷却系統、ＮｂＴｉ超電導コイル２１の冷却系統およびＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４の冷却系統は、熱的影響を受けないようにそれぞれ独立して設けられている。
【００４９】
また、伝熱板６ａと伝熱板６ｃとの間の空隙部１０、および、伝熱板６ｂと伝熱板６ｃとの間の空隙部１０には、断熱部材７が空隙部１０を形成する伝熱板に接して設けられている。
【００５０】
この断熱部材を設けることによって、伝熱板６ａと伝熱板６ｃとの間、および、伝熱板６ｂと伝熱板６ｃとの間の断熱を維持できる他、各空隙部１０を均一寸法に設定しやすくなる。ここで、伝熱板６ａと伝熱板６ｃとの間の空隙部１０、および、伝熱板６ｂと伝熱板６ｃとの間の空隙部１０に断熱部材７を設けずに、空隙部１０のみで各伝熱板間の断熱を図ってもよい。
【００５１】
次に、第３の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石３０における冷却動作について説明する。
ここでは、同心的に外側に向かって、高温超電導コイル５、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４、ＮｂＴｉ超電導コイル２１の順に各超電導コイルが配置され、それぞれに通電することで高磁場を発生させている。
【００５２】
通電によって高温超電導コイル５で発生した熱は、伝熱板６ａを熱伝導によって伝わり、冷凍機８ａの冷却ステージ９ａに伝えられる。この熱移動によって、高温超電導コイル５が冷却される。また、ＮｂＴｉ超電導コイル２１で発生した熱は、伝熱板６ｂを熱伝導によって伝わり、冷凍機８ｂの冷却ステージ９ｂに伝えられる。この熱移動によって、ＮｂＴｉ超電導コイル２１が冷却される。さらに、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４で発生した熱は、伝熱板６ｃを熱伝導によって伝わり、冷凍機８ｃの冷却ステージ９ｃに伝えられる。この熱移動によって、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４が冷却される。
【００５３】
ここでは、伝熱板６ａと伝熱板６ｃとの間の空隙部１０、および、伝熱板６ｂと伝熱板６ｃとの間の空隙部１０にそれぞれ断熱部材７が設けられているので、各伝熱板間の熱移動は抑制される。
【００５４】
第３の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石３０によれば、高温超電導コイル５、ＮｂＴｉ超電導コイル２１、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４は、それぞれ別個の伝熱板６ａ、６ｂ、６ｃを介して、それぞれ別個の冷凍ステージ９ａ、９ｂ、９ｃに連結されているので、それぞれ異なる冷却温度に設定することができる。これによって、各超電導コイルの臨界温度や、交流損失、フロー損失における発熱特性に対応した最適な冷却能力の冷凍機を個々に設定することができる。
【００５５】
また、各超電導コイルにおいて、臨界温度や、交流損失、フロー損失における発熱特性が大きく異なる場合でも、各冷却系統が独立して設けられているので、最適な冷却温度を個々に設定することができ、各超電導コイルを効率よく作動させることができる。
【００５６】
また、第３の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石３０は、図４に示すように、高温超電導コイル５、ＮｂＴｉ超電導コイル２１およびＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４には、それぞれ別個の電流リード３１ａ、３１ｂ、３１ｃが設けられている。
【００５７】
各超電導コイル５、２１、４とそれぞれ接続された電流リード３１ａ、３１ｂ、３１ｃの他端は、真空容器２の外部に設置された各電源（図示しない）と接続されている。そして、各超電導コイル５、２１、４には、それぞれ電流リード３１ａ、３１ｂ、３１ｃを介して電源（図示しない）から電流が供給される。
【００５８】
このように、各超電導コイル５、２１、４に別個の電流リード３１ａ、３１ｂ、３１ｃを設けることによって、各超電導コイル５、２１、４を異なる励磁電流で通電することができる。
【００５９】
また、各超電導コイルにおいて、臨界温度や、交流損失、フロー損失における発熱特性が大きく異なる場合には、各超電導コイルの通電条件をそれぞれ個々に設定することができ、各超電導コイルの冷却温度の設定と併せて、各超電導コイルを効率よく作動させることができる。
【００６０】
さらに、超電導コイル製作後における超電導コイルの特性の劣化、または、各超電導コイルの性能差のばらつきを、各冷凍機の運転条件、各超電導コイルの通電条件を調整することで、容易に補うことができる。これによって、超電導コイルの特性の劣化、または、各超電導コイルの性能差のばらつきが生じた場合においても、高磁場を効率よく発生させることができる。
【００６１】
図５は、高温超電導コイル５、ＮｂＴｉ超電導コイル２１およびＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４への電流供給の構成が、図４に示した構成とは異なる構成の一例を示す断面図である。
【００６２】
図５に示した電流供給の構成では、高温超電導コイル５、Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル４およびＮｂＴｉ超電導コイル２１は、電流リード３２によって、電気的に直列に接続されている。
【００６３】
このように、各超電導コイル間を直列に接続することで、電流リード数を減少させることができ、電流リードによる熱侵入、発熱量を減少させることができる。これによって、各超電導コイルを安定して冷却することができるので、効率よく高磁場を発生させることができる。
【００６４】
また、図６は、高温超電導コイル５とＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４との間の空隙部１０、および、ＮｂＴｉ超電導コイル２１とＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４との間の空隙部１０の構成の一例を示す。図６の（ａ）は上方からの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００６５】
図６に示すように、高温超電導コイル５とＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４との間の空隙部１０、および、ＮｂＴｉ超電導コイル２１とＮｂ３Ｓｎ超電導コイル４との間の空隙部１０には、各超電導コイルの軸方向の２箇所に断熱部材７が設けられている。また、伝熱板６ａと伝熱板６ｂとの間の空隙部３３、および、伝熱板６ｂと伝熱板６ｃとの間の空隙部３３に断熱部材７が設けられている。これらの空隙部１０、３３に設けられた断熱部材７は、各空隙部１０、３３を構成する超電導コイル同士、伝熱板同士を固定する働きもある。
【００６６】
ここでは、断熱部材７は、各超電導コイルの周方向に沿って、３箇所に断続的に設けられていが、この構成に限るものではなく、３箇所よりも多くの箇所に断続的に設けられても、周方向に沿って連続的に設けられてもよい。また、断熱部材７は、各超電導コイルの軸方向の２箇所に設けられているが、３箇所以上設けられてもよい。さらに、伝熱板６ａと伝熱板６ｃとの間の空隙部３３、および、伝熱板６ｂと伝熱板６ｃとの間の空隙部３３においても、空隙部３３の場合と同様に、各超電導コイルの軸を中心に  断熱部材７が、断続的に設けられても、連続的に設けられてもよい。
【００６７】
このような構成にすることで、各超電導コイル間、各伝熱板間における熱移動を抑制し、各超電導コイルを最適な条件で独立して冷却することができる。また、断熱部材７によって、各超電導コイル間、各伝熱板間を固定することができるので、各超電導コイルや各伝熱板などを一体化することができる。これによって、各超電導コイルや各伝熱板の支持部の構成を単純にすることができ、さらに、超電導コイル間の超電導線による接続作業などを容易に行うことができる。
【００６８】
以上の実施の形態では、２種類または３種類の超電導コイルを有する伝導冷却式超電導磁石について説明したが、４種類以上の超電導コイルを有する伝導冷却式超電導磁石も構成することができる。また、４種類以上の超電導コイルを有する場合には、それぞれの超電導コイルを冷却するための冷凍機、伝熱板で構成される冷却系統をそれぞれ独立して、または、一部共有して設けることもできる。この場合においても、上述した実施の形態の作用効果と同様な作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石の断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石の断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石の断面図。
【図４】電流リードを備えた第３の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石の断面図。
【図５】直列に接続された電流リードを備えた第３の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石の断面図。
【図６】第３の実施の形態の伝導冷却式超電導磁石の空隙部の構成の一例を示す図。
【図７】従来の伝導冷却式超電導磁石の断面図。
【符号の説明】
【００７０】
１…伝導冷却式超電導磁石、２…真空容器、３…熱シールド部、４…Ｎｂ３Ｓｎ超電導コイル、５…高温超電導コイル、６ａ，６ｂ…伝熱板、７…断熱部材、８ａ，８ｂ…冷凍機、９ａ，９ｂ…冷却ステージ、１０…空隙部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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